Page 51 - 6378

Принцип дії лазера. Лазери, або оптичні квантові генератори – це джерела

когерентного електромагнітного випромінювання, що працюють на довжинах хвиль від
інфрачервоного до ультрафіолетового діапазону включно. Високий ступінь

монохроматичності та сфокусованості випромінювання лазерів зробив їх дуже поширеними

у наукових дослідженнях, багатьох галузях промисловості та у побутових й офісних
пристроях. Жодне інше джерело світла не може забезпечити такі властивості

випромінювання. Слово «лазер» є транслітерацією латинської абревіатури LASER, яка

складена з початкових літер словосполучення англійською «Light Amplification by Stimulated
Emission of Radiation», у перекладі – «підсилення світла вимушеним випромінюванням».

Зазначені властивості лазерного випромінювання є наслідком узгодженого,
кооперативного випромінювання світла атомами речовини випромінювача. За

електромагнітне випромінювання в оптичному діапазоні в атомі, як правило, відповідають
валентні (або оптичні) електрони. Згідно з квантовими уявленнями спектр енергій електронів

у атомах є дискретним. Рівень із найменшою енергією називають основним, а всі інші –

збудженими. На основному рівні електрон може перебувати як завгодно довго, тоді як час
– 8
як на збудженому – лише скінченний, як правило, дуже малий проміжок часу ( ~ 10 с).
Випромінювання відбувається при переході електрона зі стану з більшою енергією до стану з

меншою енергією, а поглинання світла супроводжується зворотними переходами електрона
(рис. 21). Частота електромагнітного випромінювання, яке виникає внаслідок переходу

електрона з рівня з енергією на рівень з енергією < , визначається

співвідношенням

= − , (51)

де = 6,63 ∙ 10 – 34 Дж ∙ с – стала Планка.

Крім того, перехід електрона між будь-якими станами може супроводжуватися

перетворенням надлишкової енергії на енергію хаотичного теплового руху. Такі переходи
називають тепловими, і вони також відбуваються в обох напрямках.

Оскільки будь-який збуджений стан є нестабільним, електрон, що опинився на
ньому, з часом має перейти на основний. При цьому можливі як прямі переходи відразу до

основного стану, так і складні переходи через проміжні енергетичні стани. Випромінювання,
яке супроводжує такі переходи, має ймовірнісний характер і називається спонтанним (або

самочинним). Однак наявність лише спонтанного випромінювання не може пояснити

існування рівноваги між випромінюванням та речовиною. Спонтанне випромінювання
залежить виключно від властивостей атомів випромінювачів, у той час як процес поглинання

визначається, також, й інтенсивністю падаючого випромінювання. Для того щоб рівновага